“电机节能技术”课程的的改革探索

白连平

(北京信息科技大学自动化学院，北京100192)

在各行业的节能工作中，电机节能是非常重要的，因为每年电动机消耗的电能占到全国总发电量的50%以上［1］。国家在“十一五”和“十二五”期间的节能减排规划中，均把电动机系统节能列为重中之重。与电动机系统节能密切相关的专业有电气工程和自动化等专业。给这些专业的大学生开设“电机节能技术”课程是非常必要和迫切的。

1 课程主要内容

本课程主要讲授三相异步电动机的节能原理和节能方法。使学生了解三相异步电动机的经济运行原理，掌握三相异步电动机的基本节能原理和方法。课程内容包括:电动机与负载的功率配合、转速配合和机械特性配合的节能原理;双功率电动机、变频调速、组合变极调速和软特性配合的节能原理;电动机的静态和动态无功补偿的节能原理和方法;高效永磁同步电动机的应用;三相异步电动机经济运行分析及节能效果的计算方法;电动机的现场检测方法和旧电动机质量评价方法;三相异步电动机经济运行标准和三相异步电动机的能效标准;电动机测试平台、测试仪器和测试方法。本课程总学时为32学时，其中授课为24学时，实验为8学时。

2 课程实验内容

2.1 实验目的和内容

“电机节能技术”课程实验目的:使学生加深对电动机节能原理的理解，掌握电动机节能方法，培养学生进行电动机节能的测试能力;掌握双功率电动机功率切换控制方法，掌握变频调速系统效率测试方法和掌握电动机无功补偿的节能原理和测试方法，学会节能电动机的测试和节能效果分析方法。

实验内容有:①实验装置和电能综合测试仪的使用方法;②电动机综合效率测试与计算;③双功率电动机节能方法;④变频调速系统的效率测试及分析;⑤电动机静态无功补偿;⑥电动机动态无功补偿;⑦变频通风系统的节能测试。必做的实验为前4个，其余的可以作为课外选做实验。

2.2 实验装置

“电机节能技术”实验装置如图1所示。装置主要由三相异步电动机、扭矩/转速传感器、扭矩/转速显示仪、永磁同步发电机、电能回馈器、电能综合测试仪、装置底座和三相调压电源等组成。其中永磁同步发电机和电能回馈器用于电动机的加载，在加载过程中只有少部分能量消耗在电动机和发电机上，大部分能量又回馈给电网，避免了电动机实验过程中消耗大量的电能。这种加载装置比电磁涡流制动器和磁粉制动器优越得多，而且加载的平滑性好。扭矩传感器是非接触式电阻应变传感器，这种传感器测量精度高、可靠性高，精度能达到0.5%。转速传感器通常采用光电编码形式，测量精度均能达到0.1%。扭矩/转速显示仪可以方便地读取或记录电动机的扭矩、转速及输出功率。三相异步电动机的功率为3kW，永磁同步发电机的功率为4kW，能量回馈器的容量为5.5kVA。

图1 电动机节能测试实验装置

电能综合测试仪是电动机参数测试的重要测试仪器，能够直接测量三相异步电动机的输入电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和电源频率等。

我们选择的电能综合测试仪型号为3169-20，其主要测试指标为:①电压测试精度为0.1%;②电流测试精度为0.5%;③频率测试精度为0.01%;④有功功率、无功功率、视在功率和累积电量测试精度均为1.0%;⑤功率因数测试精度为±0.03。这个精度完全满足效率和综合效率的测试要求。

3 课程教材编写

为电气工程专业开设“电机节能技术”课程的相关参考书很少［2］，我们在编写讲义的基础上出版了教材［3］。该书共有九章，包括:①绪论;②三相异步电动机概述;③三相异步电动机经济运行;④功率配合的节能原理及方法;⑤转速配合的节能原理及方法;⑥机械特性配合的节能原理及方法;⑦异步电动机无功补偿节能原理;⑧高效永磁同步电动机工作原理及应用;⑨电动机的测试和质量评价。

此书将电动机节能原理、方法、技术和经验融为一体。编写思路是以电动机与负载的功率配合、转速配合和机械特性配合为线索阐述异步电动机节能原理。此书介绍了三相异步电动机工作原理和节能原理，结合实例介绍电动机节能方法，还介绍了电动机节能的测试方法和评价方法。全书将国家相关的标准贯彻始终，使读者在掌握电动机节能原理的同时能够了解和运用标准，在实例分析和方案选择时有据可循。

4 课程开设体会

“电机节能技术”是我校电气工程及其自动化专业的特色课程之一，是一门新课。我们早在2000年给本科生开设学科前沿讲座时，就利用4学时的时间给学生讲授了“电动机节能概况”。2006年“电机节能技术”独立设课;16学时，1学分。2008年，学时增加到32学时，2学分。下面我们介绍几点开设课程的经验和体会。

(1)内容的扩充过程—为了让学生了解三相异步电动机经济运行的国家标准，掌握三相异步电动机的基本节能原理和方法，课程中包含了电动机轻载运行的损耗分析、变频调速节能原理、变极调速原理及应用等内容，这是16学时的课程内容。当时没有开设实验课。现在，该课程的学时增加到32学时，其中实验学时为8学时。

(2)实验内容的设置—“电机节能技术”是一门实践性很强的课程，单独设课以后我们就开始研究开设什么实验才能帮助学生更好地理解电动机节能原理，培养实践技能。

(3)培养学生的责任感—我们在教学过程中，引导学生了解我国国情，树立节能意识和为国分忧的责任感，给学生提出了一些讨论题目:①从能源的角度，谈一谈我国的基本国情;②为什么说我国目前还没有达到节能型社会;③从专业和科技的角度，谈谈“当代大学生如何承担起节能的使命”;④为什么说电动机节能本身就意味着保护环境。

5 结语

我们在开设“电机节能技术”课程方面做了一些探索性的工作取得了一些成绩，也得到了一些企业的认可。相关公司每年都会接收我校电气工程及其自动化的本科毕业生，从事电动机节能工作。

［1］ 中国电机系统节能项目组.中国电机系统能源效率与市场潜力分析［M］.北京:机械工业出版社，2001

［2］ 赵家礼.电机节能技术问答［M］.北京:化学工业出版社，2008

［3］ 白连平，马文忠.异步电动机节能原理与技术［M］.北京:机械工业出版社，2012